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18 de mayo de 2023

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por ciencia ultrarrápida

Los láseres de fibra ultrarrápidos de alta potencia/energía tienen aplicaciones de banda ancha en el procesamiento de materiales, la medicina, la fabricación avanzada y otros campos. En comparación con los láseres de estado sólido, los láseres de fibra tienen las ventajas de sistemas compactos, flexibilidad, buena disipación de calor y alta calidad de haz.

Sin embargo, debido al grave efecto no lineal dentro de la fibra, la energía de un solo pulso y la potencia promedio de los láseres de fibra ultrarrápidos, especialmente aquellos con estructuras de fibra, aún están por detrás de los láseres de estado sólido. En los últimos años, el oscilador Mamyshev ha atraído mucha atención de la investigación gracias a su potencial para producir pulsos ultrarrápidos de alta energía.

Recientemente, un grupo de investigación de la Universidad Nacional de Tecnología de Defensa informó sobre un oscilador Mamyshev basado en fibra de mantenimiento de polarización total con un diámetro de núcleo/revestimiento de 10/125 μm, y obtuvo una energía de pulso único de 153 nJ con un ancho de pulso comprimido de 73 fs . Además, mediante el ajuste de los parámetros de la cavidad, se obtuvo una operación de bloqueo de modo armónico máximo de quinto orden con una potencia de salida promedio de 3,4 W y un ancho de pulso comprimido de 100 fs.

Recientemente, se publicó en Ultrafast Science su trabajo titulado "All-PM Fiber Mamyshev Oscillator Delivers Hundred-Nanojoule and Multi-Watt Sub-100 fs Pulses".

La energía de pulso y la potencia promedio de los láseres de fibra ultrarrápidos se han mejorado mucho en los últimos años en función del oscilador Mamyshev con ampliación espectral en cascada y efecto de filtrado espectral compensado. La luz continua y los pulsos débiles se bloquearán en el oscilador Mamyshev. Debido a la ampliación espectral suficiente, el pulso fuerte puede sobrevivir en la cavidad después de dos filtros con diferentes longitudes de onda centrales, y se puede obtener el láser ultrarrápido con energía de pulso grande.

Sin embargo, la mayoría de los resultados anteriores adoptaron estructuras espaciales e introdujeron una gran cantidad de elementos de espacio libre para la colimación y el acoplamiento de señales, lo que hace que el sistema sea engorroso y susceptible a interferencias.

"Nuestro objetivo es realizar láseres de fibra ultrarrápidos de alta potencia/energía con una estructura totalmente de fibra", explicó A/Prof. Can Li. En el artículo de Ultrafast Science, se informó sobre un oscilador Mamyshev basado en fibra que mantiene la polarización total con un diámetro de núcleo/revestimiento de 10/125 μm.

En comparación con los osciladores Mamyshev convencionales, que generalmente constan de dos etapas de amplificación de fibra de ganancia, solo hay un brazo de amplificación en el láser propuesto. Se usó una pieza de fibra pasiva para ampliar el espectro óptico en el otro brazo, aliviando la acumulación de fase no lineal dentro de la cavidad y haciendo que el sistema sea más compacto mientras tanto.

Este grupo de investigación realizó, respectivamente, los láseres de fibra ultrarrápidos de alto rendimiento con energía de pulso único de 153 nJ y potencia promedio de 3,4 W, que representan los registros más altos en energía de pulso y potencia promedio obtenidos de un oscilador láser ultrarrápido de fibra con pulso de picosegundos/femtosegundos. duración.

"Al adoptar la fibra con un diámetro de núcleo más grande y un nuevo mecanismo de evolución de pulso que tiene una mayor tolerancia a la acumulación de fase no lineal, se esperan láseres ultrarrápidos de fibra con mayor potencia/energía de pulso", dice el profesor Pu Zhou.

Más información: Tao Wang et al, All-PM Fiber Mamyshev Oscillator ofrece pulsos sub-100 fs de cien nanojulios y multivatios, ciencia ultrarrápida (2023). DOI: 10.34133/ultrafastscience.0016

Proporcionado por Ultrafast Science